單片機的路燈遠程控制系統設計應用分析

鄧大輝

摘? 要：路燈照明系統是城市公共基礎設施建設中的重要內容之一，是實現路燈遠程控制和現代化管理的關鍵步驟。闡述了一種以單片機為基礎的遠程路燈控制系統的基本結構，并分析了該系統的硬件和軟件設計。

關鍵詞：遠程路燈控制系統;單片機;遠程通信模塊;電力線載波通信模塊

中圖分類號：TP273+.5?????????? 文獻標識碼：A?? ????????????文章編號：2095-6835（2014）23-0037-02

隨著我國經濟的不斷發展，遠程路燈控制系統得到了很好的發展。該系統可實時對路燈進行開關控制，并能根據實際情況調節路燈的亮度，從而更加有效地利用和節約電能。因此，我們要充分了解控制系統的硬件和軟件設計。只有這樣，才能及時解決故障。

1? 系統概述

遠程路燈控制系統的核心是單片機控制，由主機和從機兩部分組成，并以主從模式實現多單片機之間的通信。主從機之間通過電力線載波技術實現通信，從而有效地減少了通訊線路。主機由單片機、遠程通信模塊和電力線載波通信模塊組成，負責接收遠程監控中心發出的控制命令和路燈的故障信息;從機由單片機、電力線載波通信模塊和開關控制電路、電壓和電流檢測電路組成，它根據主機的命令開、關燈，調節亮度和執行故障自檢。控制系統的線路結構如圖1所示。

圖1? 控制系統的線路結構

2? 硬件設計

2.1? 主機的硬件設計

主機以STC12C5A60S2單片機作為控制核心。該單片機為雙串口單片機，可保證單片機與通信模塊、從機之間的通信互不干擾，并保證通信的可靠性;片上1 KB的EEPROM存儲空間可保存主機地址、從機的數量和遠程監控中心終端的通信地址等重要信息，且具有掉電保存功能;看門狗復位功能可保證程序的正確運行，防止程序進入死循環。

通信模塊選用西門子MC52I模塊，該模塊具有體積小、質量輕、功耗低和通信可靠等優點，且支持AT命令集控制。單片機發送相應的AT指令控制MC52I通信模塊讀取、發送控制命令和狀態信息。

為了實現單片機之間的電力線載波通訊，系統選用KQ-330f+電力載波數據收發模塊。該模塊是一款小體積、高性能的過零點載波數據收發模塊，是專門為在220 V交流線路上使用，且能在強干擾、強衰減和遠距離等通信環境中可靠傳送數據而設計的載波模塊。KQ-330f+電力載波數據收發模塊可直接與單片機的串口相連。

單片機的工作電壓為5 V，MC52I通信模塊的工作電壓為4.2 V。為了保證兩者連接的可靠性，選用了MAX232電平轉換芯片，通信的波特率設置為9 600 bps。

2.2? 從機的硬件設計

從機以STC12C5A60S2單片作為控制核心。為了實現從機與主機的電力載波通信，在從機側安設了KQ-330f+電力載波數據收發模塊，并與單片機相連。

通過單片機控制雙向可控硅BTA16-600B的通斷，可實現路燈開關控制。為了有效隔離雙向可控硅上交流高壓和直流低壓控制信號，需要在單片機與BTA16-600B之間加設光耦合雙向可控硅驅動器MOC3023。

路燈的亮度調節依靠單片機PWM輸出管腳中PWM波具有的輸出頻率不變、占空比可變特點實現。PWM波的固定頻率為1 kHz，當路燈最亮時，占空比為100%;當路燈最暗時，占空比為70%.從機可根據主機的命令調節占空比。

電壓、電流的檢測借助單片機的AD轉換功能完成。由于采集的電壓、電流均為交流，且最后送至AD口的采樣電壓不能超過5 V，所以，交流電壓的采樣結果是通過整流橋、電阻分壓后得到的小于5 V的直流電壓信號，并將此信號送至單片機的AD口;交流電流的采樣方法為先通過電流互感器TA0913-2M，將大交流電流信號轉為小交流電流信號，再經過采樣電阻轉為交流電壓信號，最后經過整流橋送至單片機AD口。經過換算單片機通過AD轉換后得到的值后，就可得到采樣交流電壓、電流的真實值。

3? 軟件設計

在系統中，主機除了負責與遠程監控中心的信息交換，還負責控制和查詢從機，是控制系統的核心部分。下面介紹主機的軟件程序設計。

圖2? 主機程序流程圖

主機的軟件程序設計分為以下4步：①完成單片機的初始化。具體包括串口、定時器和看門狗的初始化設置，并在EEPROM中讀取本機地址、從機的數量等重要信息。②發送AT指令，并對MC52I通信模塊進行通信的初始化。主要進行配置MC52I的通信方式、連接遠程監控中心終端等步驟。③程序進入等待遠程控制命令的狀態后，一旦接收到遠程監控中心發送的控制命令，主機便會將命令以廣播的方式傳達至從機。經過適當延時后，主機會以一對一的通訊方式，逐一查詢從機對控制命令的執行結果。如果接收到故障信息，則會記錄故障從機的編號。查詢結束后，主機會將控制命令的執行情況發送給遠程監控中心。④在路燈打開的情況下，每隔一段時間，主機將自動查詢從機的狀態，收集故障信息。如果存在故障信息，主機則會將匯總后的故障信息發送給遠程監控中心;如果無故障信息，主機則會繼續等待遠程終端的命令或下一次自動查詢。主機的程序流程如圖2所示。

4? 結束語

綜上所述，通過深入了解該系統硬件和軟件的設計流程，該遠程路燈控制系統已在小范圍的工業園區得到了廣泛應用。該系統的性能穩定，且維護方便，合理的開關控制和亮度調節有效節約了電能，同時，自動上報故障信息功能也給路燈維修人員帶來了便利。

參考文獻

[1]任致禮，梅學峰，任北辰.淺談路燈遠程集中控制系統的應用[J].內蒙古科技與經濟，2011（03）.

[2]胡金輪.改進的基于單片機的無線路燈控制系統[J].自動化技術與應用，2010（04）.

〔編輯：張思楠〕

Single Chip Microcomputer Street Remote Control System Design and Application Analysis

Deng Dahui

Abstract： The street lighting system is an important part of urban public infrastructure construction is a key step towards the modernization of street lighting remote control and management. Describes the basic structure of a microcontroller-based control system for remote street， and analyze hardware and software design of the system.

Key words： remote street lighting control system; single chip microcomputer; remote communication module; power line carrier communication module

摘? 要：路燈照明系統是城市公共基礎設施建設中的重要內容之一，是實現路燈遠程控制和現代化管理的關鍵步驟。闡述了一種以單片機為基礎的遠程路燈控制系統的基本結構，并分析了該系統的硬件和軟件設計。

關鍵詞：遠程路燈控制系統;單片機;遠程通信模塊;電力線載波通信模塊

中圖分類號：TP273+.5?????????? 文獻標識碼：A?? ????????????文章編號：2095-6835（2014）23-0037-02

隨著我國經濟的不斷發展，遠程路燈控制系統得到了很好的發展。該系統可實時對路燈進行開關控制，并能根據實際情況調節路燈的亮度，從而更加有效地利用和節約電能。因此，我們要充分了解控制系統的硬件和軟件設計。只有這樣，才能及時解決故障。

1? 系統概述

遠程路燈控制系統的核心是單片機控制，由主機和從機兩部分組成，并以主從模式實現多單片機之間的通信。主從機之間通過電力線載波技術實現通信，從而有效地減少了通訊線路。主機由單片機、遠程通信模塊和電力線載波通信模塊組成，負責接收遠程監控中心發出的控制命令和路燈的故障信息;從機由單片機、電力線載波通信模塊和開關控制電路、電壓和電流檢測電路組成，它根據主機的命令開、關燈，調節亮度和執行故障自檢。控制系統的線路結構如圖1所示。

圖1? 控制系統的線路結構

2? 硬件設計

2.1? 主機的硬件設計

主機以STC12C5A60S2單片機作為控制核心。該單片機為雙串口單片機，可保證單片機與通信模塊、從機之間的通信互不干擾，并保證通信的可靠性;片上1 KB的EEPROM存儲空間可保存主機地址、從機的數量和遠程監控中心終端的通信地址等重要信息，且具有掉電保存功能;看門狗復位功能可保證程序的正確運行，防止程序進入死循環。

通信模塊選用西門子MC52I模塊，該模塊具有體積小、質量輕、功耗低和通信可靠等優點，且支持AT命令集控制。單片機發送相應的AT指令控制MC52I通信模塊讀取、發送控制命令和狀態信息。

為了實現單片機之間的電力線載波通訊，系統選用KQ-330f+電力載波數據收發模塊。該模塊是一款小體積、高性能的過零點載波數據收發模塊，是專門為在220 V交流線路上使用，且能在強干擾、強衰減和遠距離等通信環境中可靠傳送數據而設計的載波模塊。KQ-330f+電力載波數據收發模塊可直接與單片機的串口相連。

單片機的工作電壓為5 V，MC52I通信模塊的工作電壓為4.2 V。為了保證兩者連接的可靠性，選用了MAX232電平轉換芯片，通信的波特率設置為9 600 bps。

2.2? 從機的硬件設計

從機以STC12C5A60S2單片作為控制核心。為了實現從機與主機的電力載波通信，在從機側安設了KQ-330f+電力載波數據收發模塊，并與單片機相連。

通過單片機控制雙向可控硅BTA16-600B的通斷，可實現路燈開關控制。為了有效隔離雙向可控硅上交流高壓和直流低壓控制信號，需要在單片機與BTA16-600B之間加設光耦合雙向可控硅驅動器MOC3023。

路燈的亮度調節依靠單片機PWM輸出管腳中PWM波具有的輸出頻率不變、占空比可變特點實現。PWM波的固定頻率為1 kHz，當路燈最亮時，占空比為100%;當路燈最暗時，占空比為70%.從機可根據主機的命令調節占空比。

電壓、電流的檢測借助單片機的AD轉換功能完成。由于采集的電壓、電流均為交流，且最后送至AD口的采樣電壓不能超過5 V，所以，交流電壓的采樣結果是通過整流橋、電阻分壓后得到的小于5 V的直流電壓信號，并將此信號送至單片機的AD口;交流電流的采樣方法為先通過電流互感器TA0913-2M，將大交流電流信號轉為小交流電流信號，再經過采樣電阻轉為交流電壓信號，最后經過整流橋送至單片機AD口。經過換算單片機通過AD轉換后得到的值后，就可得到采樣交流電壓、電流的真實值。

3? 軟件設計

在系統中，主機除了負責與遠程監控中心的信息交換，還負責控制和查詢從機，是控制系統的核心部分。下面介紹主機的軟件程序設計。

圖2? 主機程序流程圖

主機的軟件程序設計分為以下4步：①完成單片機的初始化。具體包括串口、定時器和看門狗的初始化設置，并在EEPROM中讀取本機地址、從機的數量等重要信息。②發送AT指令，并對MC52I通信模塊進行通信的初始化。主要進行配置MC52I的通信方式、連接遠程監控中心終端等步驟。③程序進入等待遠程控制命令的狀態后，一旦接收到遠程監控中心發送的控制命令，主機便會將命令以廣播的方式傳達至從機。經過適當延時后，主機會以一對一的通訊方式，逐一查詢從機對控制命令的執行結果。如果接收到故障信息，則會記錄故障從機的編號。查詢結束后，主機會將控制命令的執行情況發送給遠程監控中心。④在路燈打開的情況下，每隔一段時間，主機將自動查詢從機的狀態，收集故障信息。如果存在故障信息，主機則會將匯總后的故障信息發送給遠程監控中心;如果無故障信息，主機則會繼續等待遠程終端的命令或下一次自動查詢。主機的程序流程如圖2所示。

4? 結束語

綜上所述，通過深入了解該系統硬件和軟件的設計流程，該遠程路燈控制系統已在小范圍的工業園區得到了廣泛應用。該系統的性能穩定，且維護方便，合理的開關控制和亮度調節有效節約了電能，同時，自動上報故障信息功能也給路燈維修人員帶來了便利。

參考文獻

[1]任致禮，梅學峰，任北辰.淺談路燈遠程集中控制系統的應用[J].內蒙古科技與經濟，2011（03）.

[2]胡金輪.改進的基于單片機的無線路燈控制系統[J].自動化技術與應用，2010（04）.

〔編輯：張思楠〕

Single Chip Microcomputer Street Remote Control System Design and Application Analysis

Deng Dahui

Abstract： The street lighting system is an important part of urban public infrastructure construction is a key step towards the modernization of street lighting remote control and management. Describes the basic structure of a microcontroller-based control system for remote street， and analyze hardware and software design of the system.

Key words： remote street lighting control system; single chip microcomputer; remote communication module; power line carrier communication module

摘? 要：路燈照明系統是城市公共基礎設施建設中的重要內容之一，是實現路燈遠程控制和現代化管理的關鍵步驟。闡述了一種以單片機為基礎的遠程路燈控制系統的基本結構，并分析了該系統的硬件和軟件設計。

關鍵詞：遠程路燈控制系統;單片機;遠程通信模塊;電力線載波通信模塊

中圖分類號：TP273+.5?????????? 文獻標識碼：A?? ????????????文章編號：2095-6835（2014）23-0037-02

隨著我國經濟的不斷發展，遠程路燈控制系統得到了很好的發展。該系統可實時對路燈進行開關控制，并能根據實際情況調節路燈的亮度，從而更加有效地利用和節約電能。因此，我們要充分了解控制系統的硬件和軟件設計。只有這樣，才能及時解決故障。

1? 系統概述

遠程路燈控制系統的核心是單片機控制，由主機和從機兩部分組成，并以主從模式實現多單片機之間的通信。主從機之間通過電力線載波技術實現通信，從而有效地減少了通訊線路。主機由單片機、遠程通信模塊和電力線載波通信模塊組成，負責接收遠程監控中心發出的控制命令和路燈的故障信息;從機由單片機、電力線載波通信模塊和開關控制電路、電壓和電流檢測電路組成，它根據主機的命令開、關燈，調節亮度和執行故障自檢。控制系統的線路結構如圖1所示。

圖1? 控制系統的線路結構

2? 硬件設計

2.1? 主機的硬件設計

主機以STC12C5A60S2單片機作為控制核心。該單片機為雙串口單片機，可保證單片機與通信模塊、從機之間的通信互不干擾，并保證通信的可靠性;片上1 KB的EEPROM存儲空間可保存主機地址、從機的數量和遠程監控中心終端的通信地址等重要信息，且具有掉電保存功能;看門狗復位功能可保證程序的正確運行，防止程序進入死循環。

通信模塊選用西門子MC52I模塊，該模塊具有體積小、質量輕、功耗低和通信可靠等優點，且支持AT命令集控制。單片機發送相應的AT指令控制MC52I通信模塊讀取、發送控制命令和狀態信息。

為了實現單片機之間的電力線載波通訊，系統選用KQ-330f+電力載波數據收發模塊。該模塊是一款小體積、高性能的過零點載波數據收發模塊，是專門為在220 V交流線路上使用，且能在強干擾、強衰減和遠距離等通信環境中可靠傳送數據而設計的載波模塊。KQ-330f+電力載波數據收發模塊可直接與單片機的串口相連。

單片機的工作電壓為5 V，MC52I通信模塊的工作電壓為4.2 V。為了保證兩者連接的可靠性，選用了MAX232電平轉換芯片，通信的波特率設置為9 600 bps。

2.2? 從機的硬件設計

從機以STC12C5A60S2單片作為控制核心。為了實現從機與主機的電力載波通信，在從機側安設了KQ-330f+電力載波數據收發模塊，并與單片機相連。

通過單片機控制雙向可控硅BTA16-600B的通斷，可實現路燈開關控制。為了有效隔離雙向可控硅上交流高壓和直流低壓控制信號，需要在單片機與BTA16-600B之間加設光耦合雙向可控硅驅動器MOC3023。

路燈的亮度調節依靠單片機PWM輸出管腳中PWM波具有的輸出頻率不變、占空比可變特點實現。PWM波的固定頻率為1 kHz，當路燈最亮時，占空比為100%;當路燈最暗時，占空比為70%.從機可根據主機的命令調節占空比。

電壓、電流的檢測借助單片機的AD轉換功能完成。由于采集的電壓、電流均為交流，且最后送至AD口的采樣電壓不能超過5 V，所以，交流電壓的采樣結果是通過整流橋、電阻分壓后得到的小于5 V的直流電壓信號，并將此信號送至單片機的AD口;交流電流的采樣方法為先通過電流互感器TA0913-2M，將大交流電流信號轉為小交流電流信號，再經過采樣電阻轉為交流電壓信號，最后經過整流橋送至單片機AD口。經過換算單片機通過AD轉換后得到的值后，就可得到采樣交流電壓、電流的真實值。

3? 軟件設計

在系統中，主機除了負責與遠程監控中心的信息交換，還負責控制和查詢從機，是控制系統的核心部分。下面介紹主機的軟件程序設計。

圖2? 主機程序流程圖

主機的軟件程序設計分為以下4步：①完成單片機的初始化。具體包括串口、定時器和看門狗的初始化設置，并在EEPROM中讀取本機地址、從機的數量等重要信息。②發送AT指令，并對MC52I通信模塊進行通信的初始化。主要進行配置MC52I的通信方式、連接遠程監控中心終端等步驟。③程序進入等待遠程控制命令的狀態后，一旦接收到遠程監控中心發送的控制命令，主機便會將命令以廣播的方式傳達至從機。經過適當延時后，主機會以一對一的通訊方式，逐一查詢從機對控制命令的執行結果。如果接收到故障信息，則會記錄故障從機的編號。查詢結束后，主機會將控制命令的執行情況發送給遠程監控中心。④在路燈打開的情況下，每隔一段時間，主機將自動查詢從機的狀態，收集故障信息。如果存在故障信息，主機則會將匯總后的故障信息發送給遠程監控中心;如果無故障信息，主機則會繼續等待遠程終端的命令或下一次自動查詢。主機的程序流程如圖2所示。

4? 結束語

綜上所述，通過深入了解該系統硬件和軟件的設計流程，該遠程路燈控制系統已在小范圍的工業園區得到了廣泛應用。該系統的性能穩定，且維護方便，合理的開關控制和亮度調節有效節約了電能，同時，自動上報故障信息功能也給路燈維修人員帶來了便利。

參考文獻

[1]任致禮，梅學峰，任北辰.淺談路燈遠程集中控制系統的應用[J].內蒙古科技與經濟，2011（03）.

[2]胡金輪.改進的基于單片機的無線路燈控制系統[J].自動化技術與應用，2010（04）.

〔編輯：張思楠〕

Single Chip Microcomputer Street Remote Control System Design and Application Analysis

Deng Dahui

Abstract： The street lighting system is an important part of urban public infrastructure construction is a key step towards the modernization of street lighting remote control and management. Describes the basic structure of a microcontroller-based control system for remote street， and analyze hardware and software design of the system.

Key words： remote street lighting control system; single chip microcomputer; remote communication module; power line carrier communication module